BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
VŨ SONG THAO
NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ
MẶT ĐẤT VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Hà Nội – 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
VŨ SONG THAO
NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ
MẶT ĐẤT VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG
Hà Nội – 2017
LỜI CAM ĐOAN
Tơi đã thực hiện đúng qui trình thực hiện trong thời gian làm luận văn:
“Nghiên cứu công nghê ̣ truyề n hin
̀ h số mă ̣t đấ t và triể n khai ta ̣i Viê ̣t Na”.
Trong quá trình nghiên cứu làm đề tài, tơi đã sưu tầm và sử dụng một số tài
liệu trong nước đã được xuất bản cùng với một số bài báo và các tạp chí trong và
ngồi nước. Các tài liệu đó tơi đều đã ghi vào phần tài liệu tham khảo ở cuối luận
văn.
Tôi không sử dụng sao chép vi phạm qui định đề ra ví dụ như: Sao chép các
luận văn cũ, sao chép các thơng tin khơng có tính đích thực không được công bố.
Trên đây là lời cam đoan của tơi, nếu tơi vi phạm tơi hồn tồn chịu trách
nhiệm trước hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ và khoa, viện đào tạo sau đại học.
Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2017
Tác giả luận văn
VŨ SONG THAO
1
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật
ngữ
Tiếng anh
Tiếng việt
A
AC
Auxiliary channe
Kênh phụ
AAC
Advanced Audio Coding
Mã hóa âm thanh tối ưu
AC-3
Dolby AC-3 audio coding
Mã hóa âm thanh AC-3
ACI
Adjacent Channel Interference
Nhiễu kênh liền kề
ACM
Adaptive Coding and Modulation
Mã hóa và điều chế thích nghi
16APSK
16-ary Amplitude and Phase Shift
Keying
Điều chế khóa dịch pha và biên
độ 16 mức
32APSK
32-ary Amplitude and Phase Shift
Keying
Điều chế khóa dịch pha và biên
độ 32 mức
AWGN
Additive White Gaussian Noise
Nhiễu trắng gaussian
ATSC
Advance Television Standards
Committee
Ủy ban truyền hình tiên tiến
AVC
Advanced Video Coding
Mã hóa video tiên tiến
ASI
Asynchronous Serial Interface
Giao diện tuần tự khơng đồng bộ
BICM
Bit Interleaved Coding and
Modulation
Mã hóa và điều chế các bit xen kẽ
BW
BandWidth
Băng thông
BB
BaseBand
Băng tần cơ sở
BSS
Broadcasting Satellite Service
Dịch vụ truyền hình vệ tinh
BER
Bit Error Ratio
Tỷ lệ lỗi bít
Carrier to noise ratio
Tỷ số tín/ tạp
B
C
C/N
2
Thuật
ngữ
Tiếng anh
Tiếng việt
CATV
Community Antenna(cable)
Television
Truyền hình cáp
CBR
Constant Bit Rate
Tốc độ bít khơng thay đổi
CCM
Constant Coding and Modulation
Điều chế và mã hóa khơng đổi
CCI
Co-Channel Interference
Nhiễu kênh
CP
Continual pilot
Pilot liên tục
CRC
Cyclic Redundancy Check
Mã vịng kiểm tra
DAB
Digital Audio Broadcasting
Phát thanh số
DCT
Discrete Cosine Transform
Biến đổi cosine rời rạc
DBPSK
Differential Binary Phase Shift
Keying
Khóa dịch pha sai hai mức
DIBEG
Digital broadcasting Exper’s
Group
Nhóm chuyên gia phát sóng số
DFT
Discrete Fourier Transform
Chuyển đổi Fourier rời rạc
DF
Data Field
Trường dữ liệu
DVB
Digital Video Broadcasting
Quảng bá truyền hình số
DNP
Deleted Null Packets
Xóa gói rỗng
DSNG
Digital Satellite News Gathering
Thu thập tin tức qua vệ tinh số
DTV
Digital Television
Truyền hình số
DTH
Direct To Home
Truyền hình trực tiếp tới hộ gia
đình
DTTB
Digital Terrestrial Television
broadcasting
Truyền hình số phát sóng mặt đất
DVD
Digital Versatile Disc
Đầu đĩa đa năng kỹ thuật số
DVB-S
Digital Video BroadcastingSatellite
Truyền hình số qua vệ tinh
D
3
Thuật
ngữ
Tiếng anh
Tiếng việt
DVB-C
Digital Video Broadcasting- Cable
Truyền hình số qua cáp
DVB-H
Digital Video Broadcasting Handheld
Truyền hìn số di động
DVB-T
Digital Video Broadcasting Terrestrial
Truyền hình số mặt đất
EAV
End of Active Video
Kết thúc tín hiệu video tích cực
EDTV
Enhanced Definition TeleVision
Hệ truyền hình có độ phân giải
cao
EBU
European Broadcasting Union
Hiệp hội phát thanh truyền hình
châu Âu
ECM
Entitlement Control Message
Bảng tin điều khiển cấp phép
ETSI
European Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Âu
EIRP
Effective Isotropic Radiated Power
Công suất bức xạ đẳng hướng
hiệu dụng
FEC
Forward Error Correction
Mã sửa lỗi trước
FIR
Finite Impulse Response
Đáp ứng xung hữu hạn
FSK
Frequency Shift Keying
Khóa dịch tần
FSS
Fixed Satellite Service
Dịch vụ vệ tinh cố định
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
FIFO
First-In, First-Out shift register
Vào trước, ra trước
HDTV
High Definition TeleVision
Truyền hình độ phân giải cao
HP
High Priority
Ưu tiên cao
HE-AAC
High Efficiency AAC
Hiệu suất cao AAC
E
F
H
4
Thuật
ngữ
HFC
Tiếng anh
Tiếng việt
Hybrid Fibre Coax
Mạng cáp lai
IBO
Input Back Off
Dự phòng đầu vào
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi fourier ngược nhanh
IMUX
Input Multiplexer
Ghép kênh đầu vào
IP
Internet Protocol
Giao thức internet
ISO
International Standards
Organisation.
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
ISDN
Integrated Services Digital
Network
Mạng số đa dịch vụ
ISDB
Integrated Services Digital
Broadcasting
Tiêu chuẩn truyền hình số của
Nhật
IS
Interactive Services
Dịch vụ tương tác
ISCR
Input Stream Clock Reference
Tham khảo đồng hồ dòng đầu vào
ISI
Input Stream Identifier
Nhận dạng dịng đầu vào
ISSY
Input Stream Synchronizer
Đồng bộ hóa dịng đầu vào
ISSYI
Input Stream Synchronizer
Indicator
Chỉ thị đồng bộ hóa dịng đầu vào
LDPC
Low Density Parity Check
Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp
LNB
Low Noise Block
Bộ lọc nhiễu thấp
LSB
Least Significant Bit
Bít nhỏ nhất
LDTV
Limited Definition TeleVision
Truyền hình độ phân giải giới hạn
LP
Low Priority
Ưu tiên thấp
Master Antenna Television
Truyền hình anten chung
I
L
M
MATV
5
Thuật
ngữ
Tiếng anh
Tiếng việt
MIS
Multiple Input Stream
Dòng đầu vào ghép kênh
MPE
Multi-Protocol Encapsulation
Tổng hợp đa giao thức
MSB
Most Significant Bit
Bít lớn nhất
MPEG
Moving Picture Experts Group
Nhóm chuyên gia nghiên cứu ảnh
động
MUX
Multiplex
Ghép kênh
MMDS
Multichannel, Multipoint
Distribution System
Hệ thống phân tán đa kênh, đa
điểm
NBC
Non-Backwards-Compatible
Khơng tương thích ngược
NA
Not Applicable
Khơng áp dụng
NP
Null Packets
Gói rỗng
NPD
Null-Packet Deletion
Xóa gói rỗng
NIT
Network Information Table
Bảng thơng tin mạng
NVOD
Near Video On Demand
Hình ảnh theo yêu cầu
OMUX
Output Multiplexer
Ghép đầu ra
OFDM
Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia tần số trực
giao
PAL
Phase Alternating Line
Hệ truyền hình pha thay đổi theo
dịng qt
PAT
Program Association Table
Bảng thơng tin chương trình
PAPR
Peak to Average Power Ratio
Cơng suất đỉnh
PRBS
Pseudo-Random Binary Sequence
Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân
PES
Packetised Elementary Stream
Dòng cơ bản đóng gói
N
O
P
6
Thuật
ngữ
Tiếng anh
Tiếng việt
PER
Packet Error Rate
Tốc độ sửa lỗi gói
PLL
Phase-Locked Loop
Vịng khóa pha
PLP
Physical Layer Pipe
Lớp vật lý riêng lẻ
PCR
Program Clock Reference
Tham khảo đồng hồ chương trình
PDC
Programme Delivery Control
Điều khiển truyền chương trình
PID
Packet IDentifier
Nhận dạng gói
PIL
Programme Identification Label
Nhãn nhận dạng chương trình
PMT
Program Map Table
Bảng bản đồ chương trình
PS
Program stream
Dịng chương trình
PSI
Program Specific Information
Thơng tin đặc tả chương trình
PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng chuyển mạch điện thoại
cơng cộng
PSK
Phase Shift Keying
Khóa dịch pha
8PSK
8-ary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha 8 mức
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ vuông góc
QEF
Quasi Error Free
Hầu như khơng có lỗi
QPSK
Quaternary Phase Shift Keying
Điều chế dịch pha vng góc
RDS
Radio Data System
Hệ thống dữ liệu vô tuyến
RS
Reed-Solomon
Mã sửa lỗi
SD
Standard Definition(Video)
Độ phân giải theo tiêu chuẩn
SDT
Service Description Table
Bảng mơ tả dịch vụ
SDTV
Standard Definition TeleVision
Truyền hình theo tiêu chuẩn
Q
R
S
7
Thuật
ngữ
Tiếng anh
Tiếng việt
SNG
Satellite News Gathering
Cổng tin tức truyền hình vệ tinh
SOF
Start Of Frame
Khởi động của khung
SFN
Single Frequency Network
Mạng đơn tần
SI
Service Information
Thông tin về dịch vụ
SIT
Selection Information Table
Bảng thông tin lựa chọn
SMATV
Satellite Master Antenna
Television
Hệ thống thu truyền hình vệ tinh
bằng anten chung
SP
Scattered pilot
Pilot gián đoạn
SMI
Storage Media Interoperability
Khản năng cộng tác phương tiện
thông tin đại chúng
STS
Synchronization Time Stamp
Nhãn đồng bộ thời gian
TDT
Time and Date Table
Bảng ngày, giờ
TDM
Time Division Multiplex
Đa thành phần phân chia theo
thời gian
T- DMB
Terrestrial digital multimedia
broadcasting
Mạng đa phương tiện truyền hình
số mặt đất
TPS
Transmission Parameter Signalling Báo hiệu tham số truyền dẫn
TS
Time slot
Khe thời gian
TS
Transport Stream
Dịng truyền tải
TSDT
Transport Stream Description
Table
Bảng mơ tả dòng truyền tải
TR
Transmission rate
Tốc độ truyền dẫn
TMCC
Transmission Multiplexing
configuration control
Điều khiển đa cấu hình và truyền
tải
TV
Television
Thu hình
T
U
8
Thuật
ngữ
Tiếng anh
Tiếng việt
UECP
Universal Encoder Communication Giao thức truyền thông mã hóa
Protocol
phổ biến
UTC
Universal Time Co-ordinated
Phối hợp thời gian chung
UP
User Packet
Gói sử dụng
UPL
User Packet Length
Chiều dài gói dữ liệu sử dụng
VCM
Variable Coding and Modulation
Mã hóa và điều chế thay đổi
VLC
Variable Length Coding
Mã độ dài thay đổi
VSB
Vestigial Sideband
Biên tần cụt
VPS
Video Programme System
Hệ thống chương trình Video
GI
Guard Interval
Khoảng bảo vệ
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị tồn cầu
GSE
Generic Stream Encapsulation
Dịng tổng hợp
V
G
9
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..........................................................................................2
MỤC LỤC .................................................................................................................10
DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................13
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................14
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH SỐ ..................................................16
1.1. Sơ đồ khối truyền hình số ..................................................................................16
1.2. Những đặc điểm của truyền hình số ...................................................................17
1.3.Q trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số .......................................................19
1.3.1.Lấy mẫu ........................................................................................................19
1.3.2.Lượng tử hố ................................................................................................22
1.3.3.Mã hóa ..........................................................................................................22
1.4.Truyền dẫn tín hiệu số .........................................................................................24
1.4.1.Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang ...........................................24
1.4.2.Phát truyền hình số mặt đất ..........................................................................24
1.4.3.Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp đồng trục ......................................25
1.4.4.Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh. ..................................................25
1.5.Tiêu chuẩn truyền hình số cơ bản .......................................................................25
1.6.Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số....................................27
1.7.Kết luận chương ..................................................................................................28
CHƯƠNG 2: CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ CƠNG NGHỆ ............................30
10
2.1.Những chuẩn truyền hình số ...............................................................................30
2.2.Chuẩn DVB .........................................................................................................31
2.2.1. Giới thiệu .....................................................................................................31
Đặc điểm hệ thống DVB .......................................................................................31
2.2.1. Chuẩn DVB-T .............................................................................................31
2.2.2. Truyền hình số mặt đất DVB-T2 .................................................................36
2.2.3.So sánh thơng số chuẩn DVB-T2 với DVB-T ................................................38
2.2.4.Chuẩn DVB – H ...........................................................................................39
2.2.5.Chuẩn DVB - C ............................................................................................41
2.2.6.Chuẩn DVB-S ...............................................................................................46
2.3.Chuẩn ATSC .......................................................................................................49
2.3.1.Giới thiệu ......................................................................................................49
2.3.2.Âm thanh/ Video ..........................................................................................51
2.3.3.ATSC 2.0 ......................................................................................................52
2.3.4.ATSC 3.0 ......................................................................................................53
2.4.Tình hình triển khai tiêu chuẩn ATSC trên thế giới............................................54
2.5.Chuẩn ISDB ........................................................................................................55
2.5.1.Giới thiệu ......................................................................................................55
2.5.2.Thông số kỹ thuật .........................................................................................55
2.5.3.Tình hình triển khai tiêu chuẩn ISDB trên thế giới ......................................58
2.6.Chuẩn DTMB ......................................................................................................59
2.6.1.Giới thiệu ......................................................................................................59
2.6.2.Tình hình triển khai DTMB trên thế giới .....................................................60
2.7.Chuẩn DMB ........................................................................................................61
11
2.7.1.Giới thiệu ......................................................................................................61
2.7.2.Tình hình triển khai DMB trên thế giới........................................................63
2.8.Kết luận chương ..................................................................................................65
CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ
ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM .........................................................66
3.1. Tình hình triển khai truyền hình số trên thế giới ...............................................66
3.1.1.Tại châu á .....................................................................................................66
3.1.2.Tại châu âu ...................................................................................................68
3.1.3.Tại Bắc Mỹ ...................................................................................................70
3.1.4.Tại Trung Mỹ ...............................................................................................71
3.1.5.Tại Nam Mỹ .................................................................................................71
3.1.6.Tại Châu Đại Dương ....................................................................................73
3.1.7. Tại Châu Phi ................................................................................................73
3.2.Tình hình triển khai truyền hình số mặt đất DVB-T2 trên thế giới ....................75
3.3. Tình hình triển khai truyền hình số DVB-T2 tại Việt Nam ...............................77
3.3.1.Lộ trình phủ sóng truyền hình số DVB-T2 tại Việt Nam.............................77
3.3.2.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 .......................................78
3.4.Thuận lợi và khó khăn khi triển khai DVB-T2 tại Việt Nam .............................80
3.4.1.Thuận lợi.......................................................................................................80
3.4.2.Khó khăn ......................................................................................................81
3.5.Một số giải pháp triển khai truyền hình số mặt đất tại Việt Nam .......................82
3.6.Kết luận chương ..................................................................................................83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................85
12
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số[11] .............................................16
Hình 1.2.Quá trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số[11] ....................19
Hình 1.3. Phổ tín hiệu tần số lấy mẫu .......................................................................20
Hình 1.4. Băng tần bảo vệ[11]..................................................................................21
Hình 1.5.Quá trình lấy mẫu[11] ...............................................................................22
Hình 1.6. Các loại mã sơ cấp ....................................................................................24
Hình 1.7. Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang số .............................................28
Hình 2.1. Sơ đồ khối chức năng hệ thống[2] ............................................................32
Hình 2.2. Cấu trúc DVB-T2[6] .................................................................................37
Hình 2.3. Mode 2K và Mode 4K[5] ............................................................................40
Hình 2.4. Sơ đồ khối truyền hình DVB-C[7] ...............................................................43
Hình 2.5. Sơ đồ khối chuẩn DVB-S[9] ......................................................................46
Hình 2.6. Hệ thống DVB-S2[9] .................................................................................48
Hình 2.7. Trạng thái dịch vụ T-DMB ở Hàn Quốc ...................................................64
Hình 3.1.Bản đồ truyền hình số các nước trên thế giới[1] .......................................75
Hình 3.2.Lộ trình số hóa DVB-T2[12] ......................................................................77
Hình 3.3.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của AVG tại một số khu
vực[13] ......................................................................................................................78
Hình 3.4.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của VTV tại một số khu
vực[13] ......................................................................................................................79
Hình 3.5.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của VTC tại một số khu
vực[13] ......................................................................................................................80
13
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1.Thơng số của truyền hình số cơ bản ..........................................................25
Bảng 2.1. Tổng số tốc độ dữ liệu[2] .........................................................................34
Bảng 2.2. C/N đòi hỏi ở điều chế 16 QAM[2] ..........................................................35
Bảng 2.3. C/N đòi hỏi ở điều chế 64 QAM[2] ..........................................................35
Bảng 2.4. C/N đòi hỏi ở kênh 8MHz điều chế không phân cấp[2] ...........................36
Bảng 2.5. So sánh DVB-T2 so với DVB-T[6] ...........................................................38
Bảng 2.6.Dung lượng dữ liệu mạng SFN[6] .............................................................39
Bảng 2.7. Tốc độ bit hệ thống không phân cấp kênh 8 MHz ( Mbps/s )[5] ..............41
Bảng 2.8. Thông số OFDM - DVB-H[8] .................................................................41
Bảng 2.9. Tốc độ DVB-C[7] .....................................................................................42
Bảng 2.10. So sánh DVB-C và DVB-C2[7] ..............................................................45
Bảng 2.11. Tốc độ bit tối đa của bộ tách sóng[9] ....................................................47
Bảng 2.12. Bảng so sánh chuẩn DVB-S và DVB-S2[9] ............................................49
Bảng 2.13.Các tham số cơ bản của ATSC ................................................................50
Bảng 2.14.Chuẩn ATSC A / 53 Phần 4: 2009 ...........................................................51
Bảng 2.15. Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8 Mhz ......................56
Bảng 2.16.Thông số của hệ thống ISDB-T................................................................57
Bảng 2.17. Thông số kỹ thuật ISDB-S .......................................................................58
Bảng 2.18.Một số loại dịch vụ giao tiếp TDMB .......................................................63
14
MỞ ĐẦU
Việc chuyển đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số là q trình thay
thế cơng nghệ truyền hình tương tự đã có tuổi đời cao bằng cơng nghệ truyền hình
số phát triển trên nền tảng cơng nghệ mới với nhiều ưu điểm hơn.
Truyền hình số qua vệ tinh, cáp, và mặt đất hiện nay đang là lĩnh vực được
nghiên cứu mạnh mẽ, nhất là tại Bắc mỹ và Châu âu và ở Việt Nam thì truyền hình
kỹ thuật số cũng đang từng bước phát triển.Với mục tiêu đặt ra tại Việt Nam thì q
trình số hóa sẽ đến năm 2020 sẽ số hóa hồn tất. Do đó việc nghiên cứu các cơng
nghệ truyền hình sơ thay thế cho truyền hình tương tự đã lỗi thời rất quan trọng.
Luận văn “Nghiên cứu công nghê ̣ truyề n hình số mă ̣t đấ t và triể n khai ta ̣i Viê ̣t
Nam” bao gồm:
Chương 1: Tổng quan truyền hình số
Chương 2: Chuẩn truyền hình số và cơng nghệ
Chương 3: Triển khai truyền hình số mặt đất trên thế giới và ứng dụng triển
khai tại việt nam
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Viện Điện tử - Viễn thông,
Đại học Bách Khoa Nội đã giúp đỡ thực hiện luận văn này . Đặc biệt là sự hướng
dẫn tận tình của thầy PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung, thầy đã trực tiếp chỉ dẫn, định
hướng, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH SỐ
Chương này giới thiệu các đặc điểm của truyền hình số và những ứng dụng
cơng nghệ số trong thực tế nói chung và trong viễn thơng nói riêng.
1.1. Sơ đồ khối truyền hình số
Hình 1.1 trình bày sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số
Tín hiệu hình
tương tự vào
Mã hóa tín
hiệu hình
Biến đổi
tín hiệu
Mã hóa
kênh
Kênh truyền
hình
Tín hiệu Video
tương tự ra
Giải mã tín
hiệu hình
Giải mã
tín hiệu
Biến đổi
tín hiệu
Hình 1.1. Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số[11]
Hệ thống truyền hình hiện phổ biến như NTSC, PAL, SECAM là hệ thống
truyền hình là tương tự. Tín hiệu truyền hình analog bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố
(tiếng ồn và nhiễu từ các hệ thống nội bộ và bên ngồi) làm giảm chất lượng hình
ảnh.
Để vượt qua các hiện tượng này tín hiệu video được mã hóa ở dạng kỹ thuật số
để xử lý. Truyền hình kỹ thuật số có lợi thế sau:
Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong trung tâm truyền hình mà tỉ số
S⁄ N khơng giảm (biến đổi chất lượng cao). Trong truyền hình analog, nguyên nhân
này dẫn đến sự biến dạng tích lũy (trong q trình xử lý gây méo).
Dễ dàng sử dụng thiết bị kiểm tra tự động và điều khiển thơng qua máy tính.
16
Có khả năng lưu trữ các tín hiệu kỹ thuật số trong bộ nhớ có một cấu trúc đơn
giản và sau đó đọc nó ở tốc độ bạn muốn.
Khả năng truyền khoảng cách lớn: kháng nhiễu cao (Do mã sửa lỗi, khả năng
chống lỗi, bảo vệ ...).
Dễ dàng để tạo dạng lấy mẫu tín hiệu, dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền
hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, để thực hiện những kỹ xảo trong truyền
hình.
Thiết bị kỹ thuật số ổn định, hoạt động dễ dàng và không cần phải điều chỉnh
các thiết bị hoạt động khi khai thác.
Khả năng xử lý nhiều lần đồng thời một số tín hiệu ( nhờ kỹ thuật ghép kênh
phân chia theo thời gian ).
Khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Trong hệ thống truyền hình
tương tự hiện tượng ma ảnh thuờng xảy ra do tín hiệu truyền đến máy thu theo
nhiều đường.Việc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm giảm
đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá.
Nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần nên tiết kiệm được phổ tần, người xem
không nhận biết được sự suy giảm chất lượng khi mà tỉ lệ nén có thể lên đến 40 lần.
Do đó có thể truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng, khi mà truyền
hình tương tự mỗi chương trình phải dùng một kênh sóng riêng.
Nhưng truyền hình số có những hạn chế:
Kiểm tra chất lượng tín hiệu kỹ thuật số ở mỗi điểm của kênh truyền phức tạp
hơn (phải dùng bộ chuyển đổi DAC).
Dải thơng của tín hiệu tăng dẫn đến độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống
truyền tương tự nhỏ hơn nhiều so với tín hiệu kỹ thuật số.
1.2. Những đặc điểm của truyền hình số
- Chống nhiễu cao: Bởi vì tín hiệu kỹ thuật số ít nhạy với nhiễu.
17
- Thu hẹp băng tần: Do sử dụng kỹ thuật nén do đó tốc độ bit tương ứng với
một kênh truyền sẽ giảm đáng kể để có thể thu hẹp chiều rộng của kênh truyền.
- Đa kênh truyền, đa truy nhập: Với công nghệ kỹ thuật số, việc ghép nối các
nguồn tín hiệu trở nên đơn giản hơn do đó có thể kết hợp với các hệ thống truyền
thơng khác.
- Tiết kiệm tần số: Việc phân bổ tần số sẽ dễ dàng chỉ với một tần số có thể
phát nhiều kênh truyền hình
- Quản lý dễ: Với các tiện ích cơng nghệ có thể xác định địa chỉ của th bao
dễ hơn như vậy dễ dàng hơn để quản lý đặc biệt là trong các hệ thống truyền hình
trả tiền sẽ được thuận lợi hơn.
Tuy nhiên, có những hạn chế như: Hệ thống trang thiết bị đắt tiền, phải mất
thời gian để có một lộ trình cho q trình chuyển đổi từ truyền hình analog sang
truyền hình số.
Cùng với sự phát triển của hệ thống truyền hình kỹ thuật số đã dần dần chuyển
từ các hệ thống truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn (720x576) với tỷ lệ khung hình
4/3 đến hệ thống truyền hình độ phân giải cao (1920x1080) với tỷ lệ khung hình
16/9.
Tất cả HDTV là kỹ thuật số, nhưng không phải tất cả các TV kỹ thuật số là
HDTV. Cùng băng thông được phân bổ cho phát sóng truyền hình kỹ thuật số, hoặc
có thể sử dụng để cung cấp một tín hiệu video (hoặc một số) và các dịch vụ khác,
hoặc có thể được sử dụng để truyền tín hiệu HDTV duy nhất.
Truyền hình số độ phân giải cao (HDTV) trên thế giới ngày nay dùng khá phổ
biến ở: các nước châu Âu, Nhật Bản, Mỹ, các nước châu Á và Việt Nam được dùng
thông qua các hệ thống truyền hình IPTV, truyền hình di động, truyền hình số mặt
đất, truyền hình vệ tinh...Đối với HDTV, bạn cần quan tâm kích thước điểm ảnh
hay số dịng quét, thông số này cho biết khoảng cách ngồi gần HDTV thế nào là phù
hợp.
18
Khi độ phân giải hình ảnh thấp, bạn nên ngồi ra xa để khơng nhìn thấy các
sọc. Việc ngồi xa để xem HDTV ở độ phân giải 480i/480p hay 720p sẽ tốt hơn so
với 1080i hay 1080p.
1.3.Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số
Hình 1.2 trình bày q trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
Tín hiệu
tương tự
Lọc
thơng
thấp
Lấy mẫu
Lượng tử
Mã hố
Tín
hiệu số
Xung lấy mẫu + đồng hồ đo
Hình 1.2.Q trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số[11]
- Lấy mẫu: là q trình rời rạc hố theo thời gian bằng tần số lấy mẫu
- Lượng tử hố: là q trình rời rạc hố theo biên độ tín hiệu (đã được rời rạc
hố theo thời gian) có nghĩa là chia biên độ ra nhiều mức khác nhau và mỗi mức
được gắn bằng một biên độ.
- Mã hố: có nghĩa là biến đổi tín hiệu đã được lượng tử hóa thành tín hiệu số
bằng việc sắp xếp cho mỗi mức tín hiệu hệ 10 theo hệ 2.
1.3.1.Lấy mẫu
Lấy mẫu tín hiệu video là bước đầu tiên thể hiện tín hiệu Analog sang số vì
các thời điểm lấy mẫu đã chọn ra sẽ chỉ ra toạ độ của các điểm đó. Q trình biến
đổi này phải tương đương về mặt tin - nghĩa là tín hiệu sau khi lấy mẫu sẽ mang đủ
thơng tin của tín hiệu video vào.
Biên độ của tín hiệu video lấy mẫu với chu kỳ T, thu được một chuỗi các xung
hẹp với tần số lấy mẫu sẽ tính theo công thức:
fs = 1/ T
19
fs: tần số lấy mẫu
T: chu kỳ lấy mẫu
Quá trình lấy mẫu tương đương với một quá trình điều biên tín hiệu (f o) trên
sóng mang có tần số bằng tần số lấy mẫu fs. Quá trình điều biên tạo ra biên trên và
biên dưới. Sóng lấy mẫu có dạng hình chữ nhật, phổ của nó bao gồm thành phần tần
số lấy mẫu và các hài của nó. Hình 1.3 biểu diễn phổ tín hiệu tần số lấy mẫu.
Biên độ
0 f0 fs-f0 fs fs+f0 2fs-f0 2fs 2fs+f0
3fs-f0 3fs 3fs+f0
Tần số
Hình 1.3. Phổ tín hiệu tần số lấy mẫu
Thực tế, lấy mẫu tín hiệu video dựa trên cơ sở của định lý Nyquist hiệu x(t)
liên tục theo thời gian có phổ hạn chế cắt tại Wn hồn tồn Shannen: "Tín hiệu
được xác định bằng một dãy các giá trị tức thời lấy mẫu cách nhau một đoạn T = Ts
1/2fn với fn = Wn/ 2".
Hàm x(t) xác định trong khoảng (t0, t0+1) sẽ hoàn toàn được xác định từ các
mẫu rời rạc x(kt) của nó theo biểu thức:
X(t) =
t t
x(kt ) (sin Wn Wn(t t) )
k
Trong đó ; k = 0; 1,…
Tín hiệu lấy mẫu chứa trong nó tồn bộ lượng thơng tin mang trong tín hiệu
gốc nếu:
Tín hiệu gốc có băng tần hữu hạn tức là nó khơng có những phần tử có tần số
nằm ngồi một tần số fn nào đó.
Tần số lấy mẫu phải bằng hoặc lớn hơn 2fn (fs 2fn)
20
Tín hiệu video do có đặc trưng riêng nên ngồi việc thoả mãn định lý lấy mẫu
Nyquist, quá trình lấy mẫu còn phải thoả mãn các yêu cầu về cấu trúc lấy mẫu, tính
tương thích giữa các hệ thống …
Đối với tiêu chuẩn tần số Nyquist việc lấy mẫu tín hiệu video với tần số fs <
fNy là nguyên nhân của méo chồng phổ và làm giảm độ phân giải theo chiều ngang.
Một trong những yêu cầu làm tăng tần số tín hiệu truyền hình là tăng khoảng
bảo vệ cho mạch lọc thông thấp trước khi lấy mẫu. Mạch lọc này là thành phần đầu
tiên của bộ biến đổi A/D. Để khơng làm xuất hiện méo tín hiệu tương tự, mạch lọc
thông thấp của hệ thống loại bỏ các thành phần gây chồng phổ tín hiệu. Do các
mạch lọc khơng có đặc trưng lý tưởng, đặc tính mạch lọc ngồi dải thơng khơng
phải là suy giảm hồn tồn nên sử dụng băng tần bảo vệ.
fs
fgh 0
fg fs
f
Hình 1.4. Băng tần bảo vệ[11]
Trong thực tế, thời gian cho phép của bộ chuyển đổi tương tự - số, giá trị
biên độ xung mỗi mẫu được duy trì đến tận thời gian mẫu tiếp theo được lấy.Quá
trình lấy mẫu được trình bày trong Hình 1.5.
21
Biên độ
Tín hiệu
Audio
Biên độ
t
Biên độ
Tín hiệu đã lấy
mẫu
Điều chế
biên độ
Xung lấy mẫu
t
t
Hình 1.5.Q trình lấy mẫu[11]
Tạo tín hiệu Audio tương tự đã được lấy mẫu dạng bậc thang, khoảng thời
gian tồn tại đúng bằng chu kỳ lấy mẫu (1/fs).
1.3.2.Lượng tử hố
Trong q trình lượng tử hóa biên độ tín hiệu được chia các mức là mức lượng
tử. Khoảng cách giữa 2 mức kề nhau gọi là bước lượng tử. Các mẫu có từ q trình
lấy mẫu sẽ có biên độ bằng các mức lượng tử. Giá trị lượng tử L được xác định theo
công thức L = 2N (N: số bít biểu diễn mỗi mẫu). Tín hiệu số nhận được là một giá trị
xấp xỉ của tín hiệu ban đầu ngun nhân do q trình lượng tử hố xác định các giá
trị số rời rạc cho mỗi mẫu.
Có 2 phương pháp lượng tử là lượng tử hóa tuyến tính và lượng tử hoá phi
tuyến.
Trong hầu hết các thiết bị video số chất lượng Studio tất cả các mức lượng tử
đều có biên độ bằng nhau. Q trình lượng tử hố gọi là lượng tử hố đồng đều.
Đây là q trình biến đổi từ một chuỗi các mẫu với vô hạn biên độ sang các giá trị
nhất định vì vậy quá trình này gây ra sai số gọi là sai số lượng tử.
1.3.3.Mã hóa
22
Mã hoá theo quan điểm thống kê là một quá trình biến đổi cấu trúc nguồn mà
khơng thay đổi tin, mục đích là cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật cho hệ thống truyền
tin. Dữ liệu sau khi đã mã hố có ưu điểm tín hiệu chống nhiễu cao hơn, tốc độ hình
thành tương đương khả năng thơng qua của kênh.
Các mã được sử dụng trong truyền hình số có thể phân chia một cách quy ước
thành các nhóm:
- Các mã để mã hố tín hiệu truyền hình
- Các mã để truyền có hiệu quả cao theo kênh thơng tin.
- Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thống truyền
hình số.
Để đáp ứng mã hố tín hiệu truyền hình và sau đó tái tạo lại bên thu ta thường
dùng một loại mã cịn đối với việc truyền chống nhiễu theo kênh thơng tin thì dùng
loại mã khác.
Mã dùng trong truyền hình số được chia thành các nhóm sau:
- Mã sơ cấp: dùng để tạo tín hiệu số.
Mã sơ cấp là mã cơ sở mà từ đó hình thành từ mã bảo vệ. Mã số cấp dùng
trong truyền hình số là các mã cơ số 2.
- Mã bảo vệ và sửa sai: dùng để tăng khả năng chịu đựng của tín hiệu
- Mã truyền tuyến tính: dùng để tăng và ghi tín hiệu truyền hình số.
Đầu tiên tất cả các tín hiệu video số được mã hố sơ cấp, sau đó mã hố
chuyển đổi.
Trong truyền hình số người ta thường sử dụng các mã có cấu trúc tuyệt đối:
- NRZ: khơng thể trở lại mức 0 (Non Return to Zero)
- RZ: trở lại mức 0 (Return to Zero)
- Biph: hai pha (Bi-phase)
Trong mã NR 2 độ rộng mỗi xung bằng thời gian chu kỳ đồng hồ. Mức logic 0
ứng với điện áp thấp ( low ), mức logic 1 ứng với mức cao( high ) .
23